TiO2納米管陣列薄膜的制備、表征及光電性能研究.pdf

1、本文采用陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜，首先，通過(guò)研究陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列薄膜的影響因素，優(yōu)化出陽(yáng)極氧化制備TiO2納米管陣列的工藝條件并提出TiO2納米管陣列的生長(zhǎng)機(jī)制；其次，通過(guò)控制陽(yáng)極氧化反應(yīng)時(shí)間制備不同厚度的TiO2納米管陣列薄膜，并在FE-SEM、FE-TEM、XRD、XPS等分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行了納米管薄膜的光催化性能研究；接著，結(jié)合陽(yáng)極氧化和不同溫度熱處理制備出納米管底開(kāi)口、管底閉口、管底閉口且管底覆蓋著顆粒

2、狀的TiO2致密層三種FS-TNT(Free-Standing TiO2 nanotube)陣列薄膜，通過(guò)FS-SEM、FE-TEM和XRD分析，提出FS-TNT陣列薄膜的制備機(jī)理，并通過(guò)XPS的分析進(jìn)行驗(yàn)證；最后，將制備的FS-TNT陣列薄膜與P25 paste薄膜組合制備出FS-P25復(fù)合薄膜，并以此復(fù)合薄膜為光陽(yáng)極組裝DSSCs進(jìn)行電池性能的研究，同時(shí)也以此該復(fù)合薄膜為光催化劑進(jìn)行光催化活性研究，對(duì)其光催化降解結(jié)果和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行

3、詳細(xì)的討論和分析。其具體內(nèi)容如下：
　　 (1)TiO2納米管陣列薄膜制備的影響因素和生長(zhǎng)機(jī)理
　　 本文對(duì)電解液組成、工作電壓、陰極材料、反應(yīng)時(shí)間等影響納米管陣列薄膜的制備因素進(jìn)行了較深入的分析和討論，優(yōu)化的陽(yáng)極氧化制備TiO2納米管陣列薄膜的條件為：電解液組成為EG(為基準(zhǔn))+0.5wt％NH4F+3.0vol％H2O，工作電壓為60V，陽(yáng)極和陰極間距為3cm，陰極材料為Pt電極，一次陽(yáng)極氧化時(shí)間為0.5h。并就此提

4、出了陽(yáng)極氧化制備TiO2納米管陣列的生長(zhǎng)機(jī)制。
　　 (2)TiO2納米管陣列薄膜的光催化性能研究
　　 首先，對(duì)陽(yáng)極氧化制備TiO2納米管陣列的管口沉積物進(jìn)行處理，結(jié)果證實(shí)經(jīng)3.0wt％的H2O2溶液浸漬2h的TiO2納米管管口沉積物等雜物幾乎完全消失，且納米管形貌保持良好；接著，研究熱處理溫度對(duì)TiO2納米管形貌和結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高于550℃熱處理的TiO2納米管，發(fā)生嚴(yán)重坍塌，其管狀形貌完全喪失，且經(jīng)XRD分析發(fā)

5、現(xiàn)，450℃熱處理的TiO2納米管的A晶型已經(jīng)很豐富。最后，對(duì)陽(yáng)極氧化時(shí)間為1～4h和不同溫度熱處理的TiO2納米管進(jìn)行吸附和光催化活性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱處理的納米管對(duì)MB的吸附能力隨熱處理溫度升高而逐漸減弱，光催化降解MB在450℃熱處理后，MB的脫除率最高，隨后對(duì)陽(yáng)極氧化1h、2h、3h和4h時(shí)間并經(jīng)450℃熱處理后的納米管的吸附和光催化降解Rh.B反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)Rh.B的吸附能力增強(qiáng)，氧化時(shí)間為2h時(shí)光催化脫除Rh.

6、B的效率最高，其值為93.40％，對(duì)光催化降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)在0～80min內(nèi)基本符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，當(dāng)陽(yáng)極氧化反應(yīng)2h的TiO2納米管的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)常數(shù)k=0.03267min-1，反應(yīng)速率最快。
　　 (3)FS－TNT陣列薄膜的制備機(jī)理研究
　　 采用陽(yáng)極氧化和熱處理聯(lián)合制備FS－TNT陣列薄膜，在FE-SEM、FE-TEM和XRD分析基礎(chǔ)上，分為FS－TNT納米管底開(kāi)口、納米管底閉口和納米管底閉口且覆蓋薄

7、層的TiO2致密層三種情況討論FS－TNT陣列薄膜的制備機(jī)理，結(jié)合陽(yáng)極氧化制備TiO2納米管的生長(zhǎng)機(jī)理，提出FS-TNT陣列薄膜的制備機(jī)理，接著通過(guò)對(duì)FS－TNT陣列薄膜和下層帶基地的TiO2納米管進(jìn)行XPS分析，驗(yàn)證所提出的制備機(jī)理。
　　 (4)FS－P25復(fù)合薄膜基的DSSCs和光催化性能研究
　　 在制備FS－TNT陣列薄膜基礎(chǔ)上，將FS－TNT陣列薄膜與P25paste薄膜結(jié)合制備FS－P25復(fù)合薄膜，并以此薄